自己修復材料とは、人間が直接介入しなくても自己修復できる材料です。自己修復材料には主に 4 つのタイプがあります。埋め込まれた修復材料、中空チューブ アプローチ、可逆ポリマー、および形状記憶材料です。これらの材料の分類は、修理方法に基づいています。
最後に膝を切り傷や擦り傷を負ったのはいつですか?おそらく、バンドエイドを貼ってすぐに傷のことを忘れてしまいます。体が自然に治り、すぐに治癒プロセスが始まることを知っているからです。
人間として、私たちは体の自己治癒力に甘んじていますが、人生の他のほとんどすべてを手動で修正することを余儀なくされています.時間の経過とともに、世界中のあらゆる物体が壊れていくように思われますが、もし他の物質が私たちの奇跡的な体のように自己修復できたとしたら、信じられないことではないでしょうか?
さて、最近の自己修復材料の開発のおかげで、その夢は急速に現実のものになりつつあります!
自己修復材料とは?
名前が示すように、自己修復材料は、直接人間の介入なしに自己修復できる材料です。それは魔法のように聞こえますか？数十年前であればそうであったでしょうが、過去 15 年間にわたる自己修復材料の広範な研究により、いくつかの驚くべき結果が得られました。
自己修復材料には主に 4 つのタイプがあります。埋め込まれた修復材料、中空チューブ アプローチ、可逆ポリマー、および形状記憶材料です。これらの材料の分類は、修理方法に基づいています。最も初歩的な形式は、最も理解しやすいものでもあります。
埋め込まれたヒーリング マテリアル
最も単純な自己修復材料のいくつかは、材料内に埋め込まれたマイクロカプセル (材料の小さなパケット) で満たされています。ヘアラインまたはクラックがこれらのモノマー カプセルの破損の原因になると、代わりの材料が本質的に漏れ出してクラックを封じます。材料を構成するポリマーは、漏れたモノマーと結合します (ポリマーは、同一のモノマーの単なる長い鎖です)。この迅速な結合により、構造や素材の完全性が失われるのを防ぎます。
この方法の主な制限は、この修正の 1 回限りの性質です。これは、「修復」されているとはいえ、素材の妥協した部分が元の形よりもほぼ確実に弱いため、問題になる可能性があります。
中空管アプローチ
私たちの体には、体のほぼすべてのミリメートルにアクセスできる非常に複雑な血管と毛細血管のネットワークが含まれています。これが、私たちの体が非常に迅速に治癒できる理由です。損傷を報告する信号が送信され、リソースが問題の場所に送られ、化学反応が治癒プロセスを開始することができます.
人間の血管系 (写真提供:adimas / Fotolia)
自己修復材料の中空管アプローチは非常に似ています。血管チャネルのマイクロネットワークが材料に組み込まれており、圧力原理で動作します。チューブ ネットワークの一部が損傷すると、圧力差によって自律的に「修復」材料が中空チューブを介して修復が必要な場所に送り込まれます。この方法は少し時間がかかりますが、マイクロカプセルによるアプローチとは異なり、はるかに大きなひび割れを修正することができ、複数回行うこともできます.
可逆ポリマー
ポリマーに関する私たちの研究は終わりがないように思えますが、最も興味深い発見の 1 つは、基本的に「時間を戻す」ポリマーです。形を崩したり何らかの形で損傷したりした場合、これらの自己修復ポリマーの一部は、それらのポリマーを元の向きに戻すのにわずかな熱とエネルギーしか必要としません.多くの場合、材料に損傷を与える摩擦、応力、または直接的な衝撃は、材料を再生させるのに十分です。これらの「壊れた」ポリマーの反応性の高い末端は、電気化学的に互いに引き付けられ、徐々に再形成されます。
形状記憶素材
自己修復材料のより複雑な進歩の 1 つは、形状記憶材料の形でもたらされます。多くの金属合金が開発されており、エネルギーが加えられると曲がって元の位置に戻ることができます.
可逆ポリマーとは異なり、エネルギーはより大きな物質の塊に直接適用する必要があり、そこで光ファイバー ネットワークが活躍します。上記のナノチューブの例と同じように、この光ファイバー ネットワークは、「ケーブル」が切断されるとアクティブになり、レーザー光がその場所に送られ、熱が供給されます。その時点で、形状記憶素材は元の場所に戻り、受けたばかりの応力、ひずみ、または損傷を元に戻します.
未来の自己修復材料?
10年余りの間に、自己修復材料は概念から現実のものとなり、国、経済、および個々の人々に与えることができる長期的な利益は事実上無限です.壊れることのない橋、自分で塗装をやり直す車、機体の微細なひび割れを修復してこのようなことを回避する飛行機を想像してみてください。
自己修復材料は依然として非常に高価であり、その入手可能性によって普及が妨げられていますが、物事は毎日前進しています。これらの自己修復アプローチの新しい組み合わせが試みられています。たとえば、ゲル化マイクロカプセルを形状記憶アプローチと混合し、柔軟で耐久性があり長持ちする素材を製造することで、世界中の素材の安全性と寿命を大幅に向上させます。
したがって、この記事の最初の質問への回答として、if の問題ではありません。 彼らは世界を変えますが、それはいつなのか!
